(57)【要約】【課題】移動目標と背景を含む後方散乱波を１台のアンテナで受信し、上記背景を除去して移動体のみを抽出し、オンボード処理によって、上記移動体の方向ベクトルを求めることにより、追尾を可能とする合成開口レーダを得る。【解決手段】移動目標と背景を含む後方散乱波を各ピクセル座標単位で時系列信号に変換し、上記時系列信号をウェーブレット分解し、高周波信号として抽出される移動目標を最適な２値化閾値として求め、上記移動体の重心位置から方向ベクトルを求める。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
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【請求項１】
１合成開口時間内にパルスを一定の周期で同一ターゲットに向かって単一の送受共用アンテナから照射する合成開口レーダにおいて、上記送受共用アンテナで受信した上記ターゲットから反射される後方散乱波を所定の周期でサンプリングして生成する離散値をＣｋ，ｌ（τ）（ここで、ｋ、ｌは、それぞれレンジ方向のｋ番目およびアジマス方向のｌ番目のピクセル座標でｋ＝１，２，…，ｍ、ｌ＝１，２，…，ｎ、τは時間）とした時系列信号とし、１発目のパルスから順に１合成開口時間内において全ピクセルに配列された時系列信号をＣ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、Ｃ（２ｔ＋２）、Ｃ（２ｔ＋３）、…、Ｃ（２ｔ＋ｐ）として上記時系列信号のうち、Ｃ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、Ｃ（２ｔ＋２）とＣ（２ｔ＋３）として、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをＦ（２）（２ｔ＋３）とし、上記フィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、Ｆ（２）（２ｔ＋３）の論理積をとって、時系列信号Ｃ（２ｔ＋３）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋３）とする、同様に、時系列信号  Ｃ（２ｔ＋４）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋４）とし、順次、フィルタＦ（１）（２ｔ＋ｐ−１）、
Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）、  （ｐ：整数）、を用意して、上記合成開口レーダの１合成開口時間内にわたって受信する全時系列信号に対応できるフィルタ群を用意し、フィルタの閾値ＮをＮ＝０，１，２，…のように複数個可変にして得られる最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）からのそれぞれの可変閾値に対応する高周波信号のうち、隣り合う閾値を持つ２つの高周波信号の差を順次Ｎを大きくして演算し、上記高周波信号の差が最小となる閾値Ｎの値を決定し、さらに、決定された閾値Ｎで上記フィルタ群を最終構成し、上記最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）、Ｆ（１）（２ｔ＋４）、…、Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）から得られる高周波信号のうち、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、上記ピクセル座標上に上記計算結果から得られる重心位置を方向ベクトルとして表示したことを特徴とする移動目標検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は，レーダの分野で使用される衛星や航空機に搭載される合成開口レーダに組み込まれた移動目標検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合成開口レーダで用いられる移動目標検出装置は、１台のアンテナで、時刻ｔ１、ｔ２で取得した２枚の高分解能画像から、背景と固定目標を除去して、移動目標のみを抽出するシステムが実用化されている。また、２つのアンテナをアロングトラック方向に配列し、それぞれのアンテナで独立に高分解能画像を得た後、２つの画像から固定目標、背景を除去して、移動目標のみを抽出するシステムも考案されている。後者の方式について動作原理の詳細を説明する。２個のアンテナ１１、１２が間隔ｄ離れてアロングトラック方向に配列されているものとし、移動目標１０が衛星１３の進行方向に直角に速度ＶＴで移動しているものと仮定する。アンテナ１１によるこの移動目標１０の時刻ｔ＝ｔ１における受信信号の位相をφ１とすると時刻ｔ＝ｔ１＋ｄ／ｖ（ｖは衛星の速度）においては、アンテナ１２がアンテナ１１の位置に移動する。このときのアンテナ１２における移動目標１０の受信位相はφ２＝２ｄＶＴ／λＶ＋φ１（λは波長）となる。この式から分かるように、固定目標の場合にはＶＴ＝０となり、φ２＝φ１となるため、受信信号に位相変化は生じないが、移動目標１０の場合には、２ｄＶＴ／λＶの分だけ位相が変化する。したがって、アンテナ１１、１２でそれぞれ独立に高分解能画像を得た後、２つの画像をピクセル単位で位相を含めて引き算すれば、移動目標１０のみが消去されず、画面上に残る。また、λ、Ｖ、ｄが既知であれば、移動体の速度ＶＴを求めることができ、移動目標を検出することができる。しかしながら、位相のあいまいさを除去するために、２ｄＶＴ／λＶ＜２πを満足しなければならず、移動目標１０の検出は、λ、Ｖ、ｄの値に左右される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
以上、動作原理を説明したような従来の合成開口レーダ用移動目標検出装置では、移動目標１０の検出がλ、Ｖ、ｄの値に左右されるため、正確に移動目標を求めることができないという課題があった。
【０００４】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、時系列信号にウェーブレット分解（科学技術出版「ウェーブレットの基礎」第２章参照）を施すことにより、オンボード上で高精度に移動体の方向ベクトルを推定することができる合成開口レーダ用移動目標検出装置を得ることを目標としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
１合成開口時間内にパルスを一定の周期で同一ターゲットに向かって単一の送受共用アンテナから照射する合成開口レーダにおいて、上記送受共用アンテナで受信した上記ターゲットから反射される後方散乱波を所定の周期でサンプリングして生成する離散値をＣｋ，ｌ（τ）（ここで、ｋ、ｌは、それぞれレンジ方向のｋ番目およびアジマス方向のｌ番目のピクセル座標でｋ＝１，２，…，ｍ、ｌ＝１，２，…，ｎ、τは時間）とした時系列信号とし、１発目のパルスから順に１合成開口時間内において全ピクセルに配列された時系列信号をＣ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、  Ｃ（２ｔ＋２）  、Ｃ（２ｔ＋３）、…、Ｃ（２ｔ＋ｐ）として、上記時系列信号のうち、Ｃ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、  Ｃ（２ｔ＋２）  とＣ（２ｔ＋３）から求められる
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Ｎ以外、但し、Ｎは正数）されたフィルタをＦ（４）（２ｔ＋２）として、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをＦ（２）（２ｔ＋２）と、更に、Ｃ（２ｔ＋１）、Ｃ（２ｔ＋２）、Ｃ（２ｔ＋３）
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て、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをＦ（２）（２ｔ＋３）とし、上記フィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、Ｆ（２）（２ｔ＋３）の論理積をとって、時系列信号Ｃ（２ｔ＋３）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋３）とする、同様に、時系列信号  Ｃ（２ｔ＋４）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋４）とし、順次、フィルタＦ（１）（２ｔ＋ｐ−１）、Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）、  （ｐ：整数）、を用意して、上記合成開口レーダの１合成開口時間内にわたって受信する全時系列信号に対応できるフィルタ群を用意し、フィルタの閾値ＮをＮ＝０，１，２，…のように複数個可変にして得られる最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）からのそれぞれの可変閾値に対応する高周波信号のうち、隣り合う閾値を持つ２つの高周波信号の差を順次Ｎを大きくして演算し、上記高周波信号の差が最小となる閾値Ｎの値を決定し、さらに、決定された閾値Ｎで構成された上記フィルタ群と、上記最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）、Ｆ（１）（２ｔ＋４）、…、Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）から得られる高周波信号のうち、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、上記ピクセル座標上に上記計算結果から得られる重心位置を方向ベクトルとして表示できるようにしたものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は衛星や航空機に搭載される合成開口レーダに組み込まれた移動体検出装置の機能ブロック図の全体図を示したものである。図中、１は、複数個のパルスのターゲットからの後方散乱波を１パルス毎に処理するためのゲートであり、ゲート１を通過後の１パルスによる後方散乱波は、２のＡ／Ｄ変換装置により、ディジタル化されるとともに、各ピクセルに分解され、パルス繰り返し周期内の信号として３の記憶装置に入力される。以上の動作を順次、１合成開口時間内における全パルスの後方散乱波に対しておこない、３の記憶装置に時系列信号４として保存される。上記全パルスの後方散乱波中に移動物体が存在すれば、上記時系列信号４は、５のウェーブレット分解演算装置によって、上記時系列信号４に含まれる高周波信号６が急激な変化分として、それぞれのピクセル座標から抽出される。上記高周波信号６は、ウェーブレット分解演算装置５によって閾値Ｎで２値化（１、｜Ｄ０（ｔ）｜＞Ｎ；０、Ｎ以外）されている。閾値Ｎは可変であり、Ｎ＝０，１，２，…のように可変にして、最初に抽出された高周波信号６をまず複数回ウェーブレット分解演算装置５によって計算し、隣り合う閾値を持つ２つの高周波信号６の差を順次演算することによって、上記高周波信号６の差が最小となる最適な閾値Ｎの値が決定される。さらに、決定された閾値Ｎを持つ、フィルタＦ（１）群７を構成し、出力として得られる全時系列信号４に含まれる高周波信号６のうち、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、上記ピクセル座標上に方向ベクトルとして表示し、高周波信号６上に現れる移動体目標の有無を特定するものである。さらに、フィルタＦ（１）群７の構成方法について、詳細を以下に述べる。ウェーブレット分解演算装置５によって、時系列信号４から抽出される高周波信号６は、次式で与えられる。
【０００７】
【数１】
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【０００８】
数１は、２次のＤａｕｂｅｃｈｉｅｓウェーブレットを用いているので、高周波信号
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【０００９】
【数２】
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【００１０】
Ｎは、０以上の任意の整数であり、可変閾値である。フィルタ７１，７２，７３，７４（Ｆ（４）（２ｔ）、Ｆ（４）（２ｔ＋１）、Ｆ（４）（２ｔ＋２）、Ｆ（４）（２ｔ＋３））の各要素の２値化は、同一のＮに対しておこなわれる。以上述べたフィルタ７１，７２，７３，７４による高周波信号６の抽出は、例えば、Ｃ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、Ｃ（２ｔ＋２）、Ｃ（２ｔ＋３）の４個の時系列信号４を用いて行なうため、高周波信号６は、ぼけた形でしか抽出できない。従って、図２に示すように、フィルタＦ（４）（２ｔ）、７１とフィルタＦ（４）（２ｔ＋２）、７３およびフィルタＦ（４）（２ｔ＋１）、７２とフィルタＦ（４）（２ｔ＋３）、７４に対して、数３のように論理積を取ることによって、時系列信号４のうち、Ｃ（２ｔ＋２）、Ｃ（２ｔ＋３）から高周波信号６を抽出するフィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、７５および時系列信号４のうち、Ｃ（２ｔ＋３）、Ｃ（２ｔ＋４）から高周波信号６を抽出するフィルタＦ（２）（２ｔ＋３）、７６を作成することができる。
【００１１】
【数３】
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【００１２】
図２に示しているように、フィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、７５およびフィルタ（Ｆ（２）（２ｔ＋３）、７６から、時系列信号４のうち、Ｃ（２ｔ＋２）、Ｃ（２ｔ＋３）、Ｃ（２ｔ＋４）の高周波成分６を抽出することができる。さらに、数４に示すように、上述したフィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、７５とフィルタ（Ｆ（２）（２ｔ＋３）、７６の論理積をとることによって、時系列信号４のうち、Ｃ（２ｔ＋３）の高周波成分６を抽出することができる。時系列信号４のうち、Ｃ（２ｔ＋３）の高周波成分６を抽出することができるフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）、７７を作成することができる。
【００１３】
【数４】
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【００１４】
以上のことを順次繰り返して、図２に示すようにフィルタＦ（１）（２ｔ＋４）７８、…、フィルタＦ（１）（２ｔ＋ｐ）７９を作成することができる。
【００１５】
なお、以上は１発のパルスで移動ターゲットの識別をおこない，４発のパルスで上述した高周波信号である移動ターゲットのみを抽出する場合を述べたが，必要に応じて，１発，もしくは４発ではなく，それ以上の個数のパルスを使って相関処理をおこない，高分解能信号を得ても良いが，本発明では，高分解能信号を得るパルス数は必要とされる移動体の追尾精度とオンボード上でのデータ処理能力によって自律的に決定されることを特徴としている。また、以上は合成開口レーダ用の移動目標検出装置として説明したが、本発明はこれに限らず、逆合成開口レーダ、実開口レーダおよび光学レーダ用の移動目標検出装置として使用しても良い。
【００１６】
【発明の効果】
第１の発明によれば、１合成開口時間内にパルスを一定の周期で同一ターゲットに向かって単一の送受共用アンテナから照射する合成開口レーダにおいて、上記送受共用アンテナで受信した上記ターゲットから反射される後方散乱波を所定の周期でサンプリングして生成する離散値をＣｋ，ｌ（τ）（ここで、ｋ、ｌは、それぞれレンジ方向のｋ番目およびアジマス方向のｌ番目のピクセル座標でｋ＝１，２，…，ｍ、ｌ＝１，２，…，ｎ、τは時間）とした時系列信号とし、１発目のパルスから順に１合成開口時間内において全ピクセルに配列された時系列信号をＣ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、  Ｃ（２ｔ＋２）  、Ｃ（２ｔ＋３）、…、Ｃ（２ｔ＋ｐ）として、上記時系列信号のうち、Ｃ（２ｔ）、Ｃ（２ｔ＋１）、  Ｃ（２ｔ＋２）  とＣ（２ｔ＋３）
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として、上記２つのフィルタの論理積をとるフィルタをＦ（２）（２ｔ＋３）とし、上記フィルタＦ（２）（２ｔ＋２）、Ｆ（２）（２ｔ＋３）の論理積をとって、時系列信号Ｃ（２ｔ＋３）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋３）とする、同様に、時系列信号  Ｃ（２ｔ＋４）の高周波成分を抽出するフィルタをＦ（１）（２ｔ＋４）とし、順次、フィルタＦ（１）（２ｔ＋ｐ−１）、Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）、  （ｐ：整数）、を用意して、上記合成開口レーダの１合成開口時間内にわたって受信する全時系列信号に対応できるフィルタ群を用意し、フィルタの閾値ＮをＮ＝０，１，２，…のように複数個可変にして得られる最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）からのそれぞれの可変閾値に対応する高周波信号のうち、隣り合う閾値を持つ２つの高周波信号の差を順次Ｎを大きくして演算し、上記高周波信号の差が最小となるように閾値Ｎの値を決定し、さらに、決定された閾値Ｎで構成された上記フィルタ群と、上記最終段のフィルタＦ（１）（２ｔ＋３）、Ｆ（１）（２ｔ＋４）、…、Ｆ（１）（２ｔ＋ｐ）から得られる高周波信号のうち、方向ベクトル演算装置によって、時系列的に近接する高周波信号の重心位置をピクセル座標上で時系列的に順次計算し、画像としての表示ではなく、上記ピクセル座標上に方向ベクトルとして表示することにしたため、データ処理が全てディジタル処理系となり、このため装置の回路規模が小さく、かつオンボードでリアルタイム処理が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の機能回路図の一例を示す図である。
【図２】この発明のフィルタＦ（１）群の一例を示す図である。
【図３】従来の移動目標検出装置の概念図を示す図である。
【符号の説明】
１  ゲート
２  Ａ／Ｄ変換装置
３  記憶装置
４  時系列信号
５  ウェーブレット分解演算装置
６  高周波信号
７  フィルタＦ（１）群
１０  移動目標
１１  アンテナＡ
１２  アンテナＢ
１３  衛星
７１  フィルタＦ（４）（２ｔ）
７２  フィルタＦ（４）（２ｔ＋１）
７３  フィルタＦ（４）（２ｔ＋２）
７４  フィルタＦ（４）（２ｔ＋３）
７５  フィルタＦ（２）（２ｔ＋２）
７６  フィルタＦ（２）（２ｔ＋３）
７７  フィルタＦ（１）（２ｔ＋３）
７８  フィルタＦ（１）（２ｔ＋４）
７９  フィルタＦ（１）（２ｔ＋ｐ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年5月1日(2003.5.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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2005055178.tif 000016